【文章內(nèi)容簡介】 B 的壓力油經(jīng)緩沖閥 3 泄回油箱，低壓油路 A 則由補油回路經(jīng)單向閥 4 進行補油，從而消除了液壓沖擊。緩沖閥的調(diào)定壓力取決于所需要的制動力矩，通常低于系統(tǒng)最高工作壓力。該緩沖回路的特點是溢油和補油分別進行，保持了較低的液壓油溫度，工作可靠， 但補油量較大。圖 2． 5(b)是高、低壓油路之間并聯(lián)有緩沖閥，每一緩沖閥的高壓油口與另一緩沖閥的低壓油口相通。當轉(zhuǎn)向機構(gòu)制動、停止或反轉(zhuǎn)青島大學畢業(yè)論文 9 時，高壓腔的油經(jīng)過緩沖閥直接進入低壓腔，減小液壓沖擊。這種緩沖回路的補油量很少，背壓低，工作效率高。圖 2． 5(c)是回轉(zhuǎn)馬達油路之間并聯(lián)有成對的單向閥 5 和 7，回轉(zhuǎn)馬達制動或換向時高壓腔的油經(jīng)過單向閥 緩沖閥2 流回油箱，低壓腔從油箱經(jīng)單向閥 6 獲得補油 。 由此可見，圖 b 的緩沖補油效果較好，能較好的起到緩沖的效果，減輕液壓沖擊，現(xiàn)采取這種回路作為回轉(zhuǎn)回路的緩 沖回路。 1換向閥 3緩沖閥 7單向閥 圖 緩沖回路 （ 2） 制動回路 采用機械制動和液壓制動結(jié)合的方式對回轉(zhuǎn)馬達進行制動 。挖掘機回轉(zhuǎn)液壓制動由回轉(zhuǎn)操縱閥控制，回轉(zhuǎn)操縱閥回中位回轉(zhuǎn)馬達開始制動 ,回轉(zhuǎn)制動力矩由緩沖閥調(diào)定。但馬達液壓制動不能長久保持 ,為了在傾斜地防止重力回轉(zhuǎn)和因風力等其它原因自行回轉(zhuǎn) ,使制動長久保持、可靠 ,還需設機械式制動器。機械式制動器一般是彈簧力上閘 ,液壓松閘 ， 制動型式采用常閉式制動器。當回轉(zhuǎn)馬達停止供油時，制動油缸的先導壓力油回油箱，回轉(zhuǎn)制動器在彈簧的作用下制動。一旦油泵向馬達供油， 從 梭閥引入 的壓力油使得制動閥動作， 先導壓力油進入制動油缸，壓縮彈簧，制動解除。 為了防止機械制動器彈簧上閘制動過猛 ,減輕制動時齒圈、齒輪之間的沖擊 ,要求液壓馬達制動以后機械制動器才開始起作用。因此 ,要求彈簧上閘時制動器油缸延遲回油 ,使機械制動器延時結(jié)合。制動器油缸延遲回油控制有 三 種方式 ： 1） 液壓控制 回轉(zhuǎn)操縱桿回到中位 ,通過液壓延時器約經(jīng)過 4s 后 ,制動油 缸才 在 彈簧 力作用下 上閘制動 。 回轉(zhuǎn)操縱閥一般采用先導油壓力控 制 ， 回轉(zhuǎn)操縱閥回中位 ,先導壓力 Pp 消失 ,制動閥在彈簧作用下 回位 ,制動油缸回油， 制動器在彈簧力作用下制動。制動器油缸延遲回油有兩種形式①通過節(jié)流孔回油 ,起阻尼作用 ,如圖 （ a） 所示②通過流量閥回油 ,使制動器回油流量基本保持一恒定值 ,如圖（ b） 所示 （ ACT 采用 ） 。 青島大學畢業(yè)論文 10 圖 制動器油缸延遲回油的形式 2） 電控制 回轉(zhuǎn)制動一般由電磁閥控制 ,通過電磁閥的轉(zhuǎn)換使制動器上閘和松閘。圖 是小松 PC200 型挖掘機回轉(zhuǎn)制動定時原理圖。操縱回轉(zhuǎn)操縱閥，回轉(zhuǎn)先導壓力油作用于液壓開關，開關處于關閉狀態(tài)。此時電流流入回轉(zhuǎn)制動電磁閥，電磁閥左位工作，來自 控制泵的壓力油通過電磁 閥流入回轉(zhuǎn)制動器的壓力腔，制動解除?；剞D(zhuǎn)操縱閥回中位時，作用于液壓開關上的先導壓力消失，開關處于斷開位置。這樣，流入定時器內(nèi)的電流被切斷， 由于定時器的存在回路中仍有電流存在，經(jīng) 5s 后定時器內(nèi)的開關斷開，流入電磁閥的電流消失，制動油缸在彈簧力作用下動作，對回轉(zhuǎn)馬達制動。 1回轉(zhuǎn)操縱閥 2回轉(zhuǎn)制動電磁閥 3定時器 4液壓開關 圖 回轉(zhuǎn)制動定時系統(tǒng) 3） 微機控制 小松系列挖掘機回轉(zhuǎn)油路制動定時采用微機控制 ,使控制更加精確。液壓挖掘機回轉(zhuǎn)停止時沖擊的大小 ,取決于回 轉(zhuǎn)制動力矩和回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量的相 對關系，而制動力矩由緩沖閥的調(diào)定壓力決定。若回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣量變化大而緩沖閥調(diào)定壓力不變，則難以滿足制動要求。因此，可使緩沖閥的調(diào)定壓力隨工作裝置姿態(tài)的變化來調(diào)整制動力矩，使制動平穩(wěn)。 青島大學畢業(yè)論文 11 圖 （ a） 是 小松 PC128UU型挖掘機采用電控制器來控制緩沖閥的調(diào)定壓力的系統(tǒng)圖。 工作裝置姿態(tài)變化信號輸人控制器 ,控制器輸出電信號來控制電液比例閥 ,從而調(diào)定緩沖閥的 調(diào) 定壓力。 圖 （ b） 表示回轉(zhuǎn)制動力矩隨著回轉(zhuǎn)半徑變化的曲 線。 圖 回轉(zhuǎn)制動力可變系統(tǒng) 當回轉(zhuǎn)操縱閥回中位產(chǎn)生液壓制動作用 ,挖掘機上部回轉(zhuǎn)體的慣性動能 將轉(zhuǎn)換液壓位能 ,接著位能又轉(zhuǎn)換為動能 ,使上部回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生反彈運動來回振動 ,使回轉(zhuǎn)齒圈和油馬達小齒輪之間產(chǎn)生沖擊振動和噪聲 ,同時鏟斗來回晃動 ,將使鏟斗中的土灑落 ,為此在挖掘機回轉(zhuǎn)油路要裝設防反彈閥。防反彈閥系統(tǒng)符號圖如圖 所示。防反彈閥由電磁閥和控制滑閥來控制實現(xiàn)其是否起作用。當回轉(zhuǎn)操縱桿處于中位時 ,電磁閥斷電 ,滑閥處于左位接通位置 ,防反彈閥起作用。當回轉(zhuǎn)操縱桿處于工作位置時 ,電磁閥接通 ,在操縱壓力油作用下 ,滑閥處于右位斷開位置 ,防反彈閥不起作用。 圖 防反彈閥系統(tǒng)原理 （ 3）回轉(zhuǎn)裝置的節(jié)能 回轉(zhuǎn)裝置 動作過程中會有很大的能量損失， 挖掘機回轉(zhuǎn)質(zhì)量大，工作頻繁，用于回轉(zhuǎn)的能量最后幾乎全部變成熱能，使油壓系統(tǒng)溫度升高，為了降低油溫進行散熱，又將引起附加能量的消耗。 因此回轉(zhuǎn)裝置 的節(jié)能具有相當重要 的 意義。液壓挖掘機回轉(zhuǎn)過程中的能量損失有兩個方面的原因 ， 其青島大學畢業(yè)論文 12 一 ,回轉(zhuǎn)馬達起動時 ,由于液壓泵輸出的流量大于馬達所需流量而產(chǎn)生的溢流損失 ； 其二 ,制動過程中 ,回轉(zhuǎn)的動能由于未被吸收轉(zhuǎn)換成熱能而引起的能量損失。解決回轉(zhuǎn)能量損失 主要 有以下 兩 種途徑 ： ①在回轉(zhuǎn)油路中加一蓄能器 ,起動時液壓泵提供的多余流量可在蓄能器中儲存起來 ,制動 時回轉(zhuǎn)馬達變?yōu)楸霉ぷ鳡顟B(tài) ,排出的油進人蓄能器 ,從而實現(xiàn)能量回收 。 ②回轉(zhuǎn)單泵系統(tǒng)和次級調(diào)節(jié)技術(shù) ,這種系統(tǒng)為定量泵和變量馬達組成的閉式回路 , 液壓泵作為液壓系統(tǒng)的初級，液壓馬達則為次級。所謂“ 次級調(diào)節(jié)系統(tǒng)”即為液壓馬達變量系統(tǒng)。 回轉(zhuǎn)馬達起動時 ,為無溢流損失的無級加速過程 ,制動時為動力回收的無級減速過程 ,這就進一步改善了回轉(zhuǎn)特性，減少了起、制動時的能量損失。 次級調(diào)節(jié)用于機械的回轉(zhuǎn)，除節(jié)省能量．減少系統(tǒng)發(fā)熱以外．操作過程中系統(tǒng)壓力變化平穩(wěn)，沒有沖擊現(xiàn)象 ，且停位比較準確，便于操作 。 小松公司的回轉(zhuǎn)節(jié)能液壓系統(tǒng) KHER 為次級調(diào)節(jié) ,其結(jié)構(gòu) 如圖 所示 。功能是將上體回轉(zhuǎn)的動能制動時儲存于蓄能器中 ,在下次回轉(zhuǎn)時利用以達到節(jié)能目的?；剞D(zhuǎn)馬達 入 口處通過充油閥與蓄能器相連 ,充油閥由壓力閥和液控單向閥組成。 1回轉(zhuǎn)油泵 2作用油泵 3支持閥 4操縱閥 5蓄能器 6充油閥 7回轉(zhuǎn)馬達、泵 8控制閥 9操縱桿 圖 小松 節(jié)能液壓系統(tǒng) 由于這些 節(jié)能 系統(tǒng)過高的成本而使其應用受到限制 ，目前在挖掘機上很少用。 最后得到 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)如圖 所示。 其中梭閥 4 分別接換向閥的兩端，當回轉(zhuǎn)液壓回路的操縱閥處在中位時，制動 閥在彈簧力作用下處于上位，回轉(zhuǎn)油缸對馬達進行制動； 當控制轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)時，壓力油同時作用在梭閥上，進而 使制動閥換向，解除制動。 青島大學畢業(yè)論文 13 1單向閥 2制動閥 3緩沖閥 4梭閥 圖 回轉(zhuǎn) 液壓 回路 行走液壓回路分析 在行走裝置液壓系統(tǒng)設計中，除與回轉(zhuǎn)機構(gòu)一樣應考慮緩沖、補油外，還應具有限速裝置，以控制挖掘機下坡行走時超速發(fā)生溜波危險。 圖 為博世力士樂挖掘機行走液壓系統(tǒng)圖。 行走回路中設置了制動油路，制動油缸為常閉式制動器。當通過腳踏閥控制換向并使 A 口通壓力油，此時，壓力油一部分通過單向閥進 入行走馬達，另一支路油壓作用于三位三通的液控換向閥 2 的左端，使閥芯右移，壓力油通過閥 2 后作用于制動閥的右端使閥芯左移，通過制動閥，將壓力油引入制動液壓缸的上腔，從而解除制動。在此兩支路壓力油的作用下，行走馬達動作。另外，壓力油作用于梭閥 5，將壓力油通向調(diào)速閥 8，為液壓馬達的變速作好準備。變速閥 8 由先導壓力控制，先導壓力作用于 X 端，當要求變速時，通過控制先導油源的電磁換向閥接通先導壓力，從而使變速閥換向，將通過梭閥的 5 的壓力油引入變量缸的大腔，調(diào)節(jié)行走馬達的排量，使行走馬達高速運轉(zhuǎn)；當變速閥上沒有先導壓力作用 時，行走馬達以較低速度運轉(zhuǎn)。 當行走馬達超速運轉(zhuǎn)時，進油供應不足，控制油路壓力降低， 平衡閥左移， 回油通道關小或關閉，行走馬達減速或制動，這樣便保證了挖掘機下坡運行時的安全。 當要求轉(zhuǎn)向時， 單獨操作左行走操縱桿，右行走壓力補償閥被關閉；單獨操作右行走操縱桿，左行走壓力補償閥 被關閉。 因此，可實現(xiàn)挖掘機的轉(zhuǎn)向操縱。 前面提到挖掘機的直線行走問題很重要，當 挖掘機需要直線行走時，把左行走壓力補償閥與右行走壓力補償閥連通，使左右壓力補償閥受力相等，如果左右滑閥的操作量相等，則通過左右行走滑閥的流量相等，保證挖掘機實現(xiàn)直線行走 。 因用于行走馬達的換向閥中位機能為 Y 型，所以在中位時， A、 B 兩口相通，當因外界原因突然制動時，此時 A、 B 兩口均約為回油的低壓，那么作用于閥 3 與閥 2 兩端的壓差為零，制動活塞在彈簧力的作用下動作制動，馬達的高、低壓油路通過閥 4 的緩沖作用，青島大學畢業(yè)論文 14 從而減輕對行走裝置的沖擊，保護元件。 1制動閥 2換向閥 3平衡閥 4限壓閥 5梭閥 6制動油缸 7馬達自動變速先導控制閥 8調(diào)速閥 圖 力士樂 行走液壓回路 小松 PC200 型液壓挖掘機的行走控制回路如圖 所示。 它的 控制 原理跟上圖 基本相同。 青島大學畢業(yè)論文 15 圖 小松 PC200 型挖掘機 行走液壓回路圖 青島大學畢業(yè)論文 16 第三章 挖掘機 節(jié)能 控制系統(tǒng)分析 挖掘機功率損失分析 挖掘機工作時，若多路閥開度較大，系統(tǒng)沒有過載，在不計沿程阻力的條件下，挖掘機液壓系統(tǒng)的最高效率可達 95％以上。但由于挖掘機負載變化較大，操作狀況也千差萬別，因此，液壓系統(tǒng)的效率變化也非常大。 挖掘機的功率損失主要有以下幾種： 1．節(jié)流損失。液壓挖掘機多采用六通型多路閥作為換向和流量控制元件，在對流量進行調(diào)節(jié)的過程中，大量的液壓油以旁路節(jié)流的形式回油箱，從而造成液壓系統(tǒng)的功率損失。如圖 所示 ， 閥口上的功率損失主要包括旁路空流損失和旁路節(jié)流損失。當閥心處于中位時 , A、 B 口關閉 , O 口全開 ,全部液壓油通過O 口卸荷回油箱。由于存在回油背壓 (約為 2~3MPa),因此造成旁路空流損失。對工作裝置進行操縱時 ,多路閥 A、 B 口逐漸打開 , O 口逐漸關閉 ,需要利用 O 口的旁路節(jié)流作用使系統(tǒng)壓力升高 ,以克服負載壓力 ,從而造成功率損失。當系統(tǒng)壓力超過負載壓力后 ,單向閥打開 ,液壓油開始流入工作油缸 ,通過改變 A、 O 口的通流面積比來實現(xiàn)液壓缸的速度調(diào)節(jié)。直到 O 口全部關閉 ,旁路節(jié)流損失才會消失 ,在無溢流的情況下液壓系統(tǒng)保 持較高的效率。 圖 六通閥變量液壓系統(tǒng)等效圖 2．溢流損失。 隨著負載壓力的增加 ,泵輸出壓力也逐漸增加 ,當超出安全閥設定壓力時 ,系統(tǒng)開始溢流。當工作裝置因負載過大而停止動作時 ,如果不采取措施 ,液壓泵輸出的全部流量都通過溢流閥回油箱 ,此時發(fā)動機的輸出功率都消耗在溢流閥上變成熱能 ,導致油溫升高。除過載產(chǎn)生的溢流損失外 ,系統(tǒng)中還存在其他形式的溢流損失。例如在挖掘機回轉(zhuǎn)馬達中 ,通常都設置 緩沖閥 ,一方面在啟動時限制回轉(zhuǎn)壓力 ,另一方面在制動時起耗能作用并對馬達起到補油作用 ； 回轉(zhuǎn)啟動時 ,由于挖掘機上車巨大的轉(zhuǎn)動 慣量 ,回轉(zhuǎn)馬達不能完全吸收泵輸出的流量 ,多余流量只能通過 緩沖 閥溢流回油箱 ,造成功率損失 。 制動時 ,回轉(zhuǎn)多路閥關閉 ,但因上車巨大的的轉(zhuǎn)動慣量 ,使回轉(zhuǎn)馬達繼續(xù)轉(zhuǎn)動 (相當于液壓泵 ),排出的液壓油經(jīng) 緩沖 閥到回轉(zhuǎn)馬達的另一邊 ,因此平衡閥起到溢流閥的作用 , 將上車的動能轉(zhuǎn)化為液壓系統(tǒng)的熱量而耗散。 3． 沿程功率損失 。 液壓系統(tǒng)的沿程壓力損失所造成的功率損失也是不可小視的。在泵出口處測得的空流壓力 (大約有 2~3MPa)中有很大一部分是沿程壓力青島大學畢業(yè)論文 17 損失。解決的辦法是盡量采用大通徑液壓管路 ,同時合理布置液壓管 ,采用阻力小的管接頭 。 4．動臂下降過程中的勢能損失和節(jié)流損失。動臂在舉升過程中將液壓能轉(zhuǎn)換為勢能，在下降時為防止動臂下降過快，通常在動臂油路上裝有單向節(jié)流閥， ,在動臂下降時起阻尼作用 ,從而將勢能轉(zhuǎn)化為熱能。同樣 ,斗桿在作類似的操作時 ,也有勢能損失的問題。 5．發(fā)動機和液壓系統(tǒng)功率匹配不好而引起的損失。 由于挖掘機工作負載的多變性，發(fā)動機工作點 經(jīng)常偏離經(jīng)濟工作點 ， 處在 耗油率較高的區(qū)域，未充分利用燃油能量，造成浪費。 液壓系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù) 日本日立公司生產(chǎn)的挖掘機 是 電控模式 的 典型代表 。它采用泵閥控制 (PVC)和發(fā)動機控制 (EC)2 個微處理控制器。采用高速開關電磁閥、負載傳感控制閥、可變壓力補償閥、比例電磁閥、壓差傳感器等技術(shù)，將負載、速度及工況等信號傳遞到微處理器，處理后的指令通過控制器輸給各控制電機、電磁閥等，對發(fā)動機、液壓泵和閥進行精確控制，使挖掘機的動作、速度等與工況、負載相適應，實現(xiàn)了挖掘機全部動 作的精確控制及發(fā)動機輸出功率與負載需求的匹配，能量損失大為減 由于采